Breves entrevistas com cientistas: Bernhard Keimer (Instituto Max Planck de Pesquisa em Estado Sólido, Alemanha).


Prof. Bernhard Keimer
Prof. Bernhard Keimer

Supercondutividade e magnetorresistência gigante são exemplos de fenômenos que podem ocorrer em alguns materiais ou sistemas a partir da chamada “correlação eletrônica”, na qual o comportamento de um elétron é fortemente influenciado pelo comportamento de outros elétrons do mesmo sistema.

Em um dos Institutos Max Plank, localizado em Stuttgart, na Alemanha, um grupo de pesquisadores liderados pelo professor Bernhard Keimer trabalha duro para entender e controlar o comportamento de elétrons correlacionados. Para isso, a equipe produz heteroestruturas (estruturas compostas de diversos materiais com características diferenciadas) de óxidos metálicos, e as caracteriza utilizando uma série de técnicas experimentais, principalmente de espectroscopia.

O professor Keimer estará no XVII Encontro da SBPMat em setembro falando sobre esse programa de pesquisa na palestra “Espectroscopia de excitações coletivas em heteroestruturas de óxidos”. Em sua palestra plenária, Keimer apresentará métodos e resultados, incluindo algumas possibilidades de controlar fenômenos gerados por correlação eletrônica.

Bernhard Keimer é diretor do Instituto Max Planck de Pesquisa em Estado Sólido e professor honorário da Universidade de Stuttgart desde 1998. De 1992 a 1998, foi professor de Física na Universidade de Princeton. Ele se formou em Física pela Universidade Técnica de Munique em 1985 e, em 1991, obteve seu PhD em Física pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), onde permaneceu por um ano como pós-doutorado. De acordo com o Google Scholar, Keimer tem um índice H de 86 e sua produção científica tem mais de 24.500 citações.

Veja nossa minientrevista com este cientista alemão.

Boletim da SBPMat: – Um dos objetivos da pesquisa que você realiza com sua equipe no Instituto Max Plank é controlar o comportamento de elétrons fortemente correlacionados, certo? Na sua opinião, quais poderiam ser as aplicações mais promissoras? Comente em breve, por favor.

Bernhard Keimer: – Correlações quânticas entre elétrons geram uma grande variedade de fenômenos de ordenação eletrônica com propriedades macroscópicas muito diferentes. Entender e controlar o comportamento coletivo dos elétrons em “materiais quânticos” é um grande desafio intelectual para a pesquisa fundamental. A longo prazo, a pesquisa em materiais quânticos pode permitir o design de uma nova geração de dispositivos baseados no fluxo de elétrons com dissipação mínima ou mesmo zero.

Boletim da SBPMat: – Queremos saber mais sobre o seu trabalho. Por favor, escolha um artigo seu (o seu favorito) relacionado ao assunto da palestra plenária, descreva-o brevemente e compartilhe a referência.

Bernhard Keimer: – Como introdução geral à física de materiais quânticos, recomendo um artigo de revisão recente (B. Keimer e J.E. Moore, Nature Physics 13, 1045 (2017)). Um tópico particularmente fascinante é a supercondutividade em alta temperatura. Meu grupo usa heteroestruturas e super-redes para investigar novos fenômenos coletivos emergentes na interface entre supercondutores de alta temperatura e outros materiais quânticos. Como um exemplo, a figura abaixo mostra um caleidoscópio de fases quânticas em uma camada fina de 50 nm de um supercondutor de óxido de cobre prensado entre duas camadas de um ferromagneto de óxido (A. Frano et al., Nature Materials 15, 831 (2016)). Meu grupo está desenvolvendo métodos espectroscópicos que permitem a visualização dessas fases com resolução em profundidade.

Esta figura esquemática mostra os fenômenos de ordenação eletrônica em uma camada do supercondutor de alta temperatura YBa2Cu3O7 (YBCO) entre duas camadas ferromagnéticas de óxido de manganês em função da temperatura (T) e da distância ao longo da camada. FM = ferromagnetismo, SC = supercondutividade, AFI = isolante antiferromagnético, SDW = onda de densidade de spin, CDW = onda de densidade de carga. O gráfico abaixo mostra a densidade dos portadores de carga móvel, p, em função da distância. (A. Frano e outros, Nature Materials 15, 831 (2016)).
Esta figura esquemática mostra os fenômenos de ordenação eletrônica em uma camada do supercondutor de alta temperatura YBa2Cu3O7 (YBCO) entre duas camadas ferromagnéticas de óxido de manganês em função da temperatura (T) e da distância ao longo da camada. FM = ferromagnetismo, SC = supercondutividade, AFI = isolante antiferromagnético, SDW = onda de densidade de spin, CDW = onda de densidade de carga. O gráfico abaixo mostra a densidade dos portadores de carga móvel, p, em função da distância. (A. Frano e outros, Nature Materials 15, 831 (2016)).

Para mais informações sobre este palestrante e a palestra plenária que ele proferirá no XVII Encontro da SBPMat/B-MRS Meeting, clique na foto do palestrante e no título da palestra: https://www.sbpmat.org.br/17encontro/home/

Entrevistas com palestrantes de plenárias do XIV Encontro: Ulrike Diebold.


Os óxidos metálicos apresentam um amplo leque de propriedades. Em consequência, tornam-se úteis em aplicações muito diversas, como monitoramento de gases, catálise, proteção contra a corrosão, pigmentação, conversão de energia e muitas outras. Detalhe importante: para compreender e utilizar esses materiais, o estudo de suas superficies é fundamental.

Prof. Ulrike Diebold.

As superfícies de óxidos metálicos serão tema de uma palestra plenária no XIV Encontro da SBPMat, a cargo de Ulrike Diebold, cientista que está entre os principais especialistas do mundo nesse assunto. Diebold se dedica à ciência de superfícies desde a época de seu doutorado, defendido em 1990 pela Universidade de Tecnologia de Viena (UT Wien), na Austria. Alguns anos depois, fazendo pós-doutorado num grupo de superfícies da Universidade Rutgers, em New Jersey (EUA), ela começou suas pesquisas sobre dióxido de titânio.

Em 1993 tornou-se professora da Universidade Tulane, na cidade de New Orleans (EUA), e fundou e coordenou um grupo de ciência de superficies. Ao ter seus laboratórios atingidos pelo furacão Katrina em 2005, Diebold foi acolhida por diversas instituições e se instalou em Rutgers junto a alguns membros de seu grupo de Tulane. Finalmente, voltou ao local onde começara sua carreira científica, a UT Wien, desta vez como professora e coordenadora do grupo de Física de superfícies. Com seus grupos de pesquisa, Diebold tem continuado avançando nos estudos de ciência básica e aplicada sobre óxidos metálicos, apoiando-se, entre outras técnicas, na microscopia de varredura por tunelamento (STM), por meio da qual a cientista consegue investigar esses materiais na escala atómica.

Ulrike Diebold é autora de 180 artigos publicados em periódicos com revisão por pares. Seus artigos contam com mais de 12 mil citações. Seu índice H, conforme a Web of Science, é de 52. A cientista já proferiu cerca de 250 palestras convidadas. Ao longo de sua carreira, recebeu numerosos prêmios e distinções de diversas entidades, como Alexander von Humboldt Foundation, American Chemical Society, Austrian Academy of Sciences, Austrian Ministry for Science, Catalysis Society of South Africa, Czech Republic Academy of Sciences, European Academy of Sciences, German National Academy of Sciences Leopoldina, National Science Foundation, entre outras. É editora associada da divisão de Física de materiais do periódico Physical Review Letters.

Segue uma minientrevista com esta plenarista do XIV Encontro da SBPMat.

Imagem de STM de átomos individuais de Au em superfície de Fe3O4. Esse sistema é usado como modelo para estudar reações simples de catálise em escala atómica. O experimento relacionado é descrito em: Novotný, Z. et al. Ordered Array of Single Adatoms with Remarkable Thermal Stability: Au/Fe_{3}O_{4}(001). Phys Rev Lett 108, (2012).

Boletim da SBPMat: – Quais são, na sua opinião, suas contribuições mais significativas ou de maior impacto social na ciência de superfícies de óxidos metálicos? Explique-as muito brevemente e compartilhe as referências dos artigos ou livros gerados, ou comente se esses estudos geraram patentes ou produtos. 

Ulrike Diebold: – O campo começou com o livro “The Surface Science of Metal Oxides” de Vic Henrich e P.A. Cox, que foi publicado em 1993 pela Cambridge University Press. O livro motivou muitas pessoas a desenvolverem um interesse em superfícies de óxido metálico e as pesquisas progrediram demasiadamente desde então.  Algumas ainda são válidas até hoje, por exemplo, a importância dos defeitos para entender as propriedades das superfícies de óxidos, e como é essencial dominar a preparação da superfície. Pesquisas significativas podem apenas ser realizadas em sistemas “bem caracterizados” com uma estrutura de superfície conhecida e controlada.  Há aproximadamente dez anos, em 2003, escrevi uma revisão que focou apenas no dióxido de titânio, que é um material muito utilizado tanto em aplicações quanto em pesquisa fundamental (Surface Science Reports 48 (2003) 53).  Esta revisão recebeu bastante atenção. Uma década depois, uma edição completa da Chemical Reviews (vol. 113, 2013) focou em superfícies de óxidos metálicos, e resumiu bem o estado da arte da pesquisa de superfícies de óxidos metálicos.

Boletim da SBPMat: – Comente as possibilidades que a microscopia por tunelamento oferece ao estudo das superficies, em particular, de óxidos metálicos.

Ulrike Diebold: – O microscópio de varredura por tunelamento (scanning tunneling microscopy – STM), que foi inventado por Heinrich Rohrer e Gerd Binnig no início da década de 1980, revolucionou a nossa compreensão do mundo nano. Pode-se usar esta técnica para geração de imagens da estrutura geométrica e eletrônica de uma superfície a escala local, átomo por átomo. Isto é particularmente importante para óxidos, onde muitas vezes as irregularidades na rede são as entidades mais interessantes, por exemplo, defeitos tais como átomos ausentes, intersticiais, ou impurezas. O STM é a ferramenta ideal para investigar esses defeitos no nível atômico e literalmente “assistir” às reações químicas mediadas por defeitos.

Imagem de STM de defeitos em superfície de TiO2. O experimento relacionado está descrito em: Dulub, O. et al. Electron-induced oxygen desorption from the TiO2(011)-2×1 surface leads to self-organized vacancies. Science 317, 1052–1056 (2007).

Boletim da SBPMat: – Se desejar, deixe uma mensagem ou convite para sua palestra para os leitores que participarão do XIV Encontro da SBPMat.

Ulrike Diebold: – Eu acho que é simplesmente emocionante observar fenômenos tais como defeitos desaparecendo de uma superfície e depois voltando, ou moléculas individuais se dissociando ou difundindo através de uma superfície.  Se você quiser ver belas imagens e filmes de processos potencialmente relevantes para sua própria pesquisa, por favor, venha para minha palestra.

Saiba mais:

Oportunidade de bolsa de pós-doutoramento em Engenharia de Materiais vinculada ao CEPID Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais.


Nesse projeto pretende-se entender profundamente os processos envolvidos na sinterização ativada de nanocristais de óxidos metálicos pela visualização direta dos fenômenos durante sua ocorrência por microscopia eletrônica de transmissão in situ, em resolução atômica. Desse estudo, pretende-se desvendar os mecanismos da sinterização ativada pela observação direta dos fenômenos, com possíveis formulações de modelos quantitativos e qualitativos do processo.

O selecionado trabalhará no laboratório coordenado pelo Prof. Edson R. Leite no Departamento de Química da Universidade Federal de São Carlos na área de Química de Materiais. A vaga está aberta a brasileiros e estrangeiros altamente qualificados. O selecionado receberá Bolsa de Pós-Doutorado da FAPESP (no valor de R$ 5.908,80 mensais) e Reserva Técnica. A Reserva Técnica de Bolsa de PD equivale a 15% do valor anual da bolsa e tem o objetivo de atender a despesas relacionadas à atividade de pesquisa.

São desejáveis as seguintes competências para o candidato:

  • Ter título de doutor (adquirido nos últimos três anos) em física, química ou engenharia de materiais, com tese na área de microscopia eletrônica e/ou sinterização de nanomateriais.
  • Sólida experiência em microscopia eletrônica de transmissão (evidenciada por publicações). Práticas anteriores em experimentos de microscopia eletrônica in situ serão consideradas na seleção.
  • Experiência em processamento e síntese de nanocristais.
  • Ter publicações científicas e domínio da língua inglesa.

Os interessados devem enviar os seguintes documentos (em PDF), até 30 de agosto de 2013, para o email do Prof. Dr. Edson R. Leite (edson.leite@pq.cnpq.br):

  • Carta de motivação.
  • Resumo da tese de doutorado.
  • Curriculum Vitae Completo.

Duas referências para contato.